Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen eines lignocellulosehaltigen, kunststoffbeschichteten bedruckbaren Formteils.

Die Verfahren und die Vorrichtungen verwenden lignocellulosehaltige Partikel. Als lig- nocellulosehaltige Partikel kommen hier insbesondere in Betracht Substanzen aus Holz oder aus nichtholzhaltigen Pflanzen oder auch ein Gemisch aus solchen, z. B. in Form von Spänen, Fasern, sogenannten Strands oder Flakes. Die hier genannten Partikel umfassen also insbesondere holzhaltige und holzartige Späne und Fasern.

Unter Holzspänen oder Holzfasern bzw. holzartigen Spanen oder Fasern sind hier insbesondere native zellulosehaltige Rohstoffe zu verstehen, wie beispielsweise Holz diverser Baumarten und Provenienz (frisch, alt oder recycelt).

Weitere Beispiele für holzartige Späne bzw. Fasern im Sinne dieser Beschreibung sind Bambus, Stroh von Mais oder Cerealien, Faserpflanzen wie Flachs oder Jute.

Der Einsatz von ionisierender Strahlung zur Behandlung, insbesondere zum Aufschluss nativer zellulosehaltiger Rohstoffe für verschiedene Weiterverarbeitungszwecke ist als solches bekannt. Beispiele sind die Schädlingsdekontamination, die Erleichterung des sogenannten Refining bzw. des Faseraufschlusses in der Papierherstellung oder auch die Beschleunigung von Verzuckerung und Fermentation, z. B. bei der Gewinnung von Bioethanol.

Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von Spanplatten und MDF-/HDF- Platten.

Im Stand derTechnik bekannt ist hierfür der Einsatz eines Zerhackers zum Zerkleinern der holzartigen Ausgangsstoffe, eines Zerspaners zum Erzeugen von Spänen, eines Siebes zum Bestimmen der Span- bzw. Fasergrößen, einer Waschanlage, eines sogenannten Defibrators (bei MDF-Herstellung),einesTrockners, eines Mixers zum Mischen derSpäne bzw. Fasern mit einem Bindemittel, insbesondere der Komponente Formaldehyd, einer Anlage zur Vlieserzeugung, einer Vorpresse, und einer Vollpresse mit Erhitzung aufz. B. 220 °C sowie Mitteln zur Nachbehandlung der Spanplatten bzw. MDF-/HDF- Platten. Hierbei ist der Einsatz von Formaldehyd problematisch hinsichtlich Gesundheitsschutz und Brandgefährdung. DerStandderTechnikistinsbesondere bezüglich folgender Eigenschaften und Parameter zu verbessern:

Produktivität bei der Herstellung, Energieaufwand, erforderliche Temperaturen, Misch- und Bindezeiten, Kühlzeiten, Dickenquellung, Abrieb- und Biegefestigkeit (E-Modul), Querzug ^¬ festigkeit, Weiterbearbeitungserleichterung, Bedruckbarkeit, UV-Schutz, Wechselklima- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, Bioresistenz der Produkte gegen Sporen, Pilze, Insekten, Feuerschutz, Gesundheitsschutz, etc.

Die internationale Patentanmeldung PCT/EP 2019/074883 der Erfinder, deren Kenntnis hier vorausgesetzt ist, beschreibt die Herstellung eines lignocellulosehaltigen Formteils, wobei zumindest einige der vorstehend genannten Ziele zumindest teilweise erreicht sind.

Die vorliegende Anmeldung betrifft darüberhinausgehend das Problem des Bedruckens von lignocellulosehaltigen Formteilen, also insbesondere Spanplatten und MDF-/HDF-Platten.

Im Stand der Technik ist das Bedrucken, z.B. mit Laserdruck oder Tintenstrahldruck, von lignocellulosehaltigen Formteilen, insbesondere Spanplatten und MDF-/HDF-Platten, sehr aufwändig. Die Formteile bzw. Platten müssen bezüglicher ihrer Oberfläche mehrfach lackiert werden, typischerweise in mehr als 3 Stufen. Das ist gerätetechnisch und verfah ^¬ renstechnisch aufwändig und teuer.

Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, mit denen ein lignocellulosehaltiges Formteil mit möglichst geringem gerätetechnischen und verfahrenstechnischen Aufwand herstellbar ist, insbeson ^¬ dere so, dass es bedruckbar und gegebenenfalls bedruckt ist.

Gemäß der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines lignocellulosehaltigen kunststoffbeschichteten und bedruckbaren Formteils, insbesondere in Plattenform und als MDF-/HDF-Platte, folgende Schritte: a) Erzeugen einer Schicht (A, B'), die lignocellulosehaltige Partikel enthält entsprechend der Form des herzustellenden Formteils (26); b) Aufbringen einer Schicht (C) aus Partikeln, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten, auf die gemäß dem vorstehenden Merkmal erzeugte Schicht; c) Erhitzen der gemäß den vorstehenden Merkmalen erzeugten Schichten (A, C) derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen (Cs); d) Pressen der gemäß Merkmal (lc) erhitzten Schichten; und e) Bestrahlen der gemäß Merkmal (ld) gepressten Schichten mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV.

Mit einem derartigen Verfahren können MDF-/HDF-Formteile, insbesondere Platten, bezüglich der oben genannten Probleme/Ziele vorteilhaft so hergestellt werden, dass sie eine äußere Polymerschicht aufweisen, die gut bedruckbar ist, insbesondere mit Laserdruck oder mit Tintenstrahldruck.

Gemäß einer Ausgestaltung des vorstehend genannten Verfahrens ist insbesondere zur Herstellung von beidseitig mit einer äußeren Polymerschicht versehenen MDF- /HDF-Formteilen, insbesondere Platten, gemäß den Figuren 7, 8 vorgesehen, vor dem vorstehend genannten Schritt a) eine Schicht aus Partikeln zu erzeugen, die ein elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten und auf welche die lignocellulose ^¬ haltige Partikel enthaltende Schicht gemäß obigem Schritt a) aufgebracht wird. Die genannten, elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthaltenden Partikel bestehen vorzugsweise im Wesentlichen aus Thermoplast.

Die vorstehend genannten Verfahrensschritte werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge zeitlich nacheinander ausgeführt. Dabei kann das Erhitzen gemäß Merk ^¬ mal lc) und das Pressen gemäß Merkmal d) ganz oder teilweise zeitlich überlappend ausgeführt werden.

Zur Herstellung eines MDF-/HDF-Formteils, bei dem die bei der Herstellung unten angeordnete Oberfläche mit der gut bedruckbaren Polymerschicht versehen ist, geht das Verfahren wie folgt:

- Erzeugen einer Schicht aus Partikeln, die elektronenstrahlreaktives Thermo ^¬ plast enthalten;

- Aufbringen einer Schicht, die lignocellulosehaltige Partikel enthält entsprechend der Form des herzustellenden Formteils;

- Erhitzen der gemäß den vorstehenden Merkmalen erzeugten Schichten derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen;

- Pressen der gemäß vorstehendem Merkmal erhitzten Schichten; und - Bestrahlen der gemäß vorstehendem Merkmal gepressten Schichten mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV.

Das oben genannte "Einschmelzen" von thermoplasthaltigen Partikeln, bei denen es sich auch um vollständig aus Thermoplast bestehende Partikel handeln kann, bedeutet, dass nicht die gesamte Lage thermoplasthaltiger Partikel einschmilzt, sondern nur ein Teil derselben in die anliegende, lignocellulosehaltige Partikel (also insbesondere Holzpartikel) enthaltende Schicht durch die Erwärmung schmelzend eindringen und so eine optimale Verbindung der Schichten bewirken, während auf der Außenseite des Formteils eine glatte Schicht aus im Wesentlichen thermoplastischem Material entsteht, die ohne aufwändige weitere Maßnahmen bedruckbar ist, insbesondere im Tintenstrahldruck oder im Laserdruck.

Zur Herstellung von Spanplatten mit einer einseitigen Polymerbeschichtung enthält die Schicht gemäß obigem Merkmal a) lignocellulosehaltige Feinpartikel und nach Schritt a) und vor Schritt b) werden folgende Schritte ausgeführt: aa) Aufbringen einer lignocellulosehaltige Grobpartikel enthaltenden Schicht (A').

Wenn hier von einer "Schicht entsprechend der Form des herzustellenden Formteils" die Rede ist, bedeutet dies, dass die Schichtform nicht notwendig identisch ist mit der Endform des Formteils, sondern nur von der letztgenannten Form abhängt.

Die Erfindung betrifft auch Vorrichtungen zur Ausführung der oben genannten Ver ^¬ fahren, wobei für die einzelnen oben genannten Verfahrensschritte jeweils eine Ein ^¬ richtung vorgesehen ist zur Ausführung des Verfahrensschrittes.

Die erfindungsgemäßen Verfahren können auch eingesetzt werden, um ein in her ^¬ kömmlicher Weise hergestelltes Formteil, wie eine Spanplatte oder eine MDF-/HDF- Platte in einen gut bedruckbaren Zustand zu bringen. Hierzu kann auf die herkömmlich hergestellte Spanplatte bzw. die MDF-/HDF-Platte eine Schicht aus Partikeln aufgestreut werden, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten oder im Wesentlichen daraus bestehen, wonach das so erzeugte Zwischenprodukt derart erhitzt wird, dass ein Teil der thermoplastischen Partikel in die anliegende, lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Lage schmelzend eindringen, woraufhin das so er ^¬ zeugte Zwischenprodukt gepresst wird und anschließend mit Elektronen im genannten Energiebereich bestrahlt wird. Die oben genannte Erhitzung der erzeugten Schichten derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen, erfolgt bevorzugt bei Temperaturen von 100°C bis 180°C, insbesondere bei 160°C bis 170°C.

Der oben genannte Pressvorgang erfolgt insbesondere mit Drucken von 30 bar bis 50 bar.

Vorstehend werden einerseits elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthaltende Schichten genannt und andererseits lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schichten. Dabei handelt es sich bevorzugt um einerseits im Wesentlichen Thermoplast enthaltende Schichten und andererseits um im Wesentlichen holzartige Partikel enthaltende Schichten. Die Partikel sind dabei jeweils für eine Streuung in der Fläche geeignet.

Den lignocellulosehaltige Partikel enthaltenden Schichten kann dabei jeweils ein Polymer (ebenfalls in Partikelform) zugemischt werden, wobei diese zugemischten Polymerpartikel bei der Bestrahlung mit Elektronen eine Gesamtvernetzung unter Einschluss der Lignocellulosepartikel und der Polymeren bewirken.

Die lignocellulosehaltigen Partikel können vor oder bei ihrem erstmaligen Einsatz in einem der hier genannten Verfahren auch mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV bestrahlt werden. Es erfolgt dann in dem Verfahren also eine zweimalige derartige Bestrahlung.

Dabei können den Schichten aus lignocellulosehaltigen Partikeln (Holzpartikel) 5% bis 30% Masseanteile eines Thermoplasten zugemischt werden. Zur Herstellung eines sogenannten WPC-Formteils (Wood-Plastic-Composite) werden bevorzugt 30% bis 60% Masseanteile eines Polymers der vorstehend genannten Art zugemischt.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren näher beschrieben.

Figur 1 zeigt die Herstellung einer Spanplatte ohne Polymerbeschichtung;

Figur 2 zeigt eine Standard-Spanplatte im Schnitt, wie sie mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß Fig. 1 hergestellt ist; Figur 3 zeigt die Herstellung einer Spanplatte mit einer beidseitigen Polymerschicht;

Figur 4 zeigt eine mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 hergestellte Spanplatte mit beidseitigen Polymerschichten;

Figur 5 zeigt die Herstellung einer Spanplatte mit einer einseitigen Polymerschicht;

Figur 6 zeigt eine mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 5 hergestellte Spanplatte mit einseitiger Polymerschicht;

Figur 7 zeigt die Herstellung einer MDF-/HDF-Platte mit beidseitigen Polymerschichten;

Figur 8 zeigt eine mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 7 hergestellte MDF-/HDF- Platte mit beidseitigen Polymerschichten;

Figur 9 zeigt die Herstellung einer MDF-/HDF-Platte mit einer einseitigen Polymerschicht; und

Figur 10 zeigt eine mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 9 hergestellte MDF-/HDF- Platte mit einer einseitigen Polymerschicht.

Fig. 1 erläutert allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren 10 zur Herstellung einer herkömmlichen Spanplatte als Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung.

Das Verfahren verläuft in Fig. 1 zeitlich und räumlich von links nach rechts.

"Lignocellulosehaltige Partikel" sind nachfolgend beispielhaft "Holzpartikel".

Zunächst streut ein Holz-Feinpartikelstreuer in als solches bekannter Weise flächig

Holz-Feinpartikel auf ein Förderband 24 zur Erzeugung einer Schicht aus Holz-

Feinpartikeln. Für derartige Holz-Fein partikel ist auch der Begriff "Holzmehl" gebräuchlich.

Auf die Schicht aus Holz-Feinpartikeln streut ein Holz-Grobpartikelstreuer 14 eine Schicht aus Holz-Grobpartikeln. Die Holz-Grobpartikel können auch als Holzspäne bezeichnet werden. Im Anschluss daran streut ein weiterer Holz-Feinpartikelstreuer 16 eine Schicht aus Holz-Feinpartikeln auf die Schicht aus Holz-Grobpartikeln. Die Feinpartikel und die Grobpartikel, wie sie hier eingesetzt werden, haben Abmessungen, wie sie bei der Herstellung von dreischichtigen Spanplatten üblich sind. Die Feinpartikel haben also geringere Abmessungen als die Grobpartikel.

Das Förderband 24 fördert die so übereinander gestreuten drei Schichten in eine Vorheizung 18 und von dort gelangen die Schichten in eine Presse 20. Nach der Presse 20 werden die gepressten Formteile 26 zu einem Elektronenstrahler 22 gefördert, wo sie mit Elektronen im Energiebereich zwischen 1 MeV und 10 MeV bestrahlt werden.

Fig. 2 zeigt eine derart hergestellte Standard-Spanplatte mit einer zentralen Holz- Grobpartikelschicht A, einer oberen Holz-Feinpartikelschicht B und mit einer unteren Holz-Feinpartikelschicht B'.

Dies ist die Grundstruktur, auf der die vorliegende Erfindung basiert.

In den Figuren sind einander entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszei ^¬ chen versehen, wobei an verschiedenen Stellen eingesetzte Komponenten gegebe ^¬ nenfalls mit einem Strich oder mit zwei Strichen versehen sind.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Spanplatte, die auf beiden Seiten mit einer Polymerschicht versehen ist. Nachfolgend wird ein Poly ^¬ mer, welches durch Wärmeeinwirkung thermoplastisch verformbar und schmelzbar ist, als Thermoplast bezeichnet.

Ein Thermoplastpartikelstreuer 30 streut eine Schicht aus feinen Thermoplastpartikeln auf das Förderband 24. Anschließend streut ein Holz-Feinpartikelstreuer 12 eine Schicht aus Holz-Feinpartikeln auf die Schicht aus Thermoplastpartikeln. Danach streut ein Holz-Grobpartikelstreuer eine Schicht aus Holz-Grobpartikeln auf die genannte Schicht aus Holz-Feinpartikeln. Danach streut ein weiterer Holz- Feinpartikelstreuer 12' eine Schicht aus Holz-Feinpartikeln auf die Schicht aus Holz- Grobpartikeln. Anschließend streut ein weiterer Thermoplastpartikelstreuer 30' eine Schicht aus feinen Thermoplastpartikeln auf die erzeugte Schicht aus Holz-Fein ^¬ partikeln. Die Schichtstärken der genannten Thermoplastpartikelschichten liegen vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 Mikrometer (pm). Vorzugsweise ist bei allen hier beschriebenen beidseitigen Beschichtungen die Stärke der mit den Thermoplastpartikeln hergestellten Polymerschichten auf beiden Seiten des Formteiles gleich. Dies hat den Vorteil, dass einem Verziehen (einer Verformung) des Formteils entgegengewirkt wird (der sogenannte "Bananeneffekt" wird vermieden).

Nach dem Thermoplastpartikelstreuer 30' gemäß Fig. 3 wird das Zwischenprodukt mit den genannten fünf Schichten (Lagen) in eine Vorheizeinrichtung 18 gefördert, wo, je nach den verwendeten Polymeren bzw. Thermoplasten eine Aufheizung auf Temperaturen im Bereich von 100 bis 180°C, typischerweise im Bereich von 160 bis 170°C erfolgt. Dabei schmelzen die Thermoplastpartikel und geschmolzenes Thermoplast dringt teilweise in die anliegende Schicht aus Holz-Feinpartikeln und stellt so eine innige Verbindung zwischen Polymerschicht und Holzpartikelschicht her. Danach wird das so bearbeitete Zwischenprodukt in eine Presse 20 geführt, wo die Platten mit Drucken zwischen 30 und 50 bar gepresst werden. Danach werden die Zwischenprodukte in den Elektronenstrahler 22 geführt und ganzflächig mit Elektronen im Energiebereich zwischen 1 MeV und 10 MeV durchstrahlt. Anschließend werden die Platten um 180° gewendet und die andere Seite der Platten wird ebenfalls mit Elektronen im Energiebereich zwischen 1 MeV und 10 MeV bestrahlt.

Fig. 4 zeigt das so hergestellte Formteil 26 im Schnitt. Eine zentrale Holz-Grob ^¬ partikelschicht A hat auf beiden Seiten Holz-Feinpartikelschichten B. Außenseitig liegen auf beiden Seiten Polymerschichten C, C. Die außenseitigen Polymerschichten C, C sind jeweils über Schmelzverbindungsschichten Cs mit der jeweils anliegenden Holz-Feinpartikelschicht verbunden. Beim Erhitzen fließen geschmolzene Thermo ^¬ plastpartikel zwischen die Holz-Feinpartikel.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen einer Spanplatte mit einer Polymer ^¬ schicht auf einer Seite. Im Anschluss an einen ersten Holz-Feinpartikelstreuer 12, einen Holz-Grobpartikelstreuer 14 und einen zweiten Holz-Feinpartikelstreuer 12' trägt ein Thermoplastpartikelstreuer 30 eine obere Schicht aus Thermoplastpartikeln auf und danach erfolgt eine Vorerwärmung und eine Pressung mit einer Vorheizein ^¬ richtung 18 bzw. einer Presse 20 sowie eine Elektronenbestrahlung der Formteile 26 in einem Elektronenstrahler 22, wie oben anhand von Fig. 3 beschrieben. Die oben im Zusammenhang mit Fig. 3 und Fig. 4 gemachten Angaben hinsichtlich Schichtstärken, zugemischten Polymeren zu den Holzteilen etc. gelten für alle Ausführungsbeispiele.

Das mit der Vorrichtung gemäß Fig. 5 hergestellte Formteil 26 ist in Fig. 6 im Schnitt dargestellt. Eine zentrale Holz-Grobpartikelschicht A' hat auf beiden Seiten Holz- Feinpartikelschichten B' und auf einer Seite eine Polymerschicht C, die über eine Schmelzverbindungsschicht Cs mit der Holz-Feinpartikelschicht B’ darunter fest verbunden ist.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung einer MDF-/HDF-Platte (Mittel- Dichte-Faserplatte/Hoch-Dichte-Faserplatte) mit einer Polymerschicht sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite.

Ein Thermoplastpartikelstreuer 30 streut eine Schicht aus Thermoplastpartikeln auf das Förderband. Ein Holzfaserstreuer 32 streut eine Schicht aus Holzfasern aus die genannte Schicht aus Thermoplastpartikeln. Ein Mattenformer 34 formt die beiden genannten Schichten zu einem Vlies. Ein zweiter Thermoplastpartikelstreuer 30' streut darauf eine Schicht aus Thermoplastpartikeln. Danach gelangt das so herge ^¬ stellte Zwischenprodukt in der bereits beschriebenen Weise in eine Vorheizung 18 und in eine Presse 20 sowie einen Elektronenstrahler 22 in der oben anhand von z.B. Fig. 5 beschriebenen Weise.

Fig. 8 zeigt das so hergestellte Formteil und ist aufgrund der oben bereits erläuterten Bezugszeichen selbsterklärend.

Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung einer MDF-Platte mit einer Polymerschicht auf nur einer Seite. Ein Holzfaserstreuer 332 streut eine Schicht aus Holzfa ^¬ sern. Ein Mattenformer 34 formt die so hergestellte Holzfaserschicht. Ein Thermoplastpartikelstreuer 30 streut darauf eine Schicht aus Thermoplastpartikeln. Von dort gelangt das Zwischenprodukt in die Vorheizung 18, die Presse 20 und den Elektronenstrahler 22, wie oben beschrieben.

Fig. 10 zeigt die so hergestellte MDF-Platte mit einer einseitig aufgebrachten Poly ^¬ merschicht. Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Holz- Feinpartikelschichten und die Holz-Grobpartikelschichten mit Polymeren versetzt werden, die unter Elektronenbeschuss vernetzen. Die Hinweise bei den Ansprüchen auf Figuren dienen zur Erleichterung der Zuordnung zu den Ausführungsbeispielen und sind nicht Teil der Ansprüche.

Bezugszeichenliste 10 Spanplattenherstellung

12 Holz-Feinpartikelstreuer 14 Holz-Grobpartikelstreuer

16 Holz-Feinpartikelstreuer

18 Vorheizung

20 Presse

22 Elektronenstrahler 24 Förderband

26 Formteil (Spanplatte)

30 Thermoplastpartikelstreuer

12' Holz-Feinpartikelstreuer

14' Holz-Grobpartikelstreuer 30' Thermoplastpartikelstreuer 12" Holz-Feinpartikelstreuer

14" Holz-Grobpartikelstreuer

30" Thermoplastpartikelstreuer

A Holz-Grobpartikelschicht B Holz-Feinpartikelschicht

B' Holz-Feinpartikelschicht

C Polymerschicht

Cs Schmelzverbindungsschicht

C Polymerschicht 32 Holzfaserstreuer

34 Mattenformer